磷矿和磷肥中放射性核素迁移及其防护

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3 防护措施
由于磷矿中富含铀、钍、镭和钾 - 40这些 放射性元素, 所以致使磷矿开采以及磷肥加工 等过程中均有可能对环境和人体造成放射性污 染。因此我们要加强各环节的剂量监测, 做好 防护措施, 主要任务是减少体外照射和防止放 射性物质进入体内。 3 1 合理处置废渣
合理堆放废渣, 避免淋溶流失; 改善选矿工 艺, 综合利用废渣, 如用白肥来生产饲料级磷酸 氢钙; 条件允许的情况下, 设置放射性废物处置 场。 3 2 妥善处理废水
第 30卷 第 12期 2010年 12月
核电子学与探测技术 Nuclear E lectronics& De tect ion T echno logy
V o .l 30 N o. 12 D ec. 2010
磷矿和磷肥中放射性核素迁移及其防护
郑美扬 1, 樊军芳 2, 闻伟峰2
( 1. 嘉兴市高新交通技术测评研究院, 嘉兴 314001; 2. 嘉兴市 交通工程质量安全监督站, 嘉兴 314001)
1 不同磷肥工艺处理对放射性核素迁 移影响
磷肥品种繁多, 大体可分为酸法和热法两 大类。酸法磷肥: 一般系用硫酸、磷酸、硝酸或 者盐酸分解磷矿而制成磷肥或者复合肥料。热 法磷肥: 这是在摄氏一千多度的高温下加入或 不加入其他配料以分解磷矿或其他含磷矿物, 以使其中五氧化二磷成为枸溶性的有效成分而 制成的磷肥。用不同的方法处理磷矿石, 所得 到的磷产品以及副产品中放射性核素含量是不 同的。由表 1数据可以看出, 热法处理磷矿石, 放射性核素主要残留在炉渣中; 而用湿法处理, 镭主要存在于磷石膏中, 铀转移到磷肥中最多, 其次是转移至饲料增补剂中。
16 42
图 1 磷矿加工过程中核素在环境 中 的迁移途径
而我们研究发现湿法磷肥生产过程中磷矿
石中的核素在磷肥、副产品白肥即饲料增补剂、
废渣磷石膏、以及废液中均有转移。铀主要在
白肥和萃取液中分配的较多; 钍主要转移至白
肥中, 并产生富集, 其次转移至磷石膏中, 萃取
液中很少有钍分配。在湿法磷肥生产工艺的强
238U
226R a
6. 3
0. 4
17. 1
0. 2
30
0. 4
70. 2
4. 1
56. 5
19. 7
34. 4
0. 5
41. 8
3. 06
55. 5
4. 10
49. 0
34. 0
59. 6
43. 2
28. 1
384. 8
< 0. 7 /
74. 4 /
61. 1
61. 1
用湿法处理磷矿石所得成品之所以放射性 含量高, 这跟磷矿石中各种核素的化学性质有 关。铀的化合价主要有四价也有六价, 但不论 是哪个价态多易溶于酸, 并且铀和磷具有正相 关性, 所以在湿法生产过程中, 铀和磷容易一起 转入磷肥中, 在磷肥中以磷酸盐的形式存在, 所 以当磷肥施于土壤后, 极易迁移。而镭易于进 入磷石膏, 主要还是因为镭的化学性质与钙相 似。
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处理方法 湿法 热法
表 1 磷产品和副产品中 238U 和 226R a的含量 [ 5]
产品名称
磷酸: 肥料: 饲料增补剂: 副产品:
5% H3 PO4 15% H3 PO4 30% H3 PO4
磷铵 过磷酸钙
磷酸盐 磷酸盐 磷酸盐
PROFO S PROFO S 磷石膏
废渣 元素磷
炉渣
天然放射性核素含量 ( nC i /gK )
为了确保磷肥施用后不至于引起土壤和农 作物的放射性污染, 保证公众及子孙后代的健
收稿日 期: 2009 11 05 作者 简介: 郑美扬, 女, 浙江 台州人, 硕 士, 辐 射防 护 与环境 保护专业。
康与发展, 从磷矿开采以及被加工成磷肥过程 着手研究放射性核素的迁移去向, 对于改进开 采和加工工艺, 降低放射性污染是非常有意义 的。
2 放射性核素迁移规律
2 1 从磷矿到磷肥的迁移 由图 1可以很容易看出, 磷矿石中的放射
性核素有三种迁移去向, 即磷肥、磷石膏和废渣 以及饲料增补剂。文献 [ 6] 已总结了有关磷矿 加工过程中天然放射性核素再分布的情况: 物理选矿法不会破坏放射性系的平衡; 在选矿 中, 40% 左右 的 放 射 性 核 素 还留 在 矿 石 里, 60% 左右转 入废 料中 ( 其中, 48% 进入 泥渣, 12% ~ 13% 进 入尾砂 )。在选 矿中, 五氧化二 磷的第一次富集将使铀成比例地增加 1. 5~ 4 倍。 在继后的化学加工中发生放射性组分的 重新分布, 90% 的 铀转入磷酸中, 而 90% 镭转 入磷石膏中。 ! 磷矿加工工艺过程中放射性核 素发生分离, 这在磷酸生产中已被揭示: 在过 滤器附近的管壁上发现有相当数量 的226 R a沉 积, 主要包含在和硫酸钙一起沉淀的硫酸钡结 晶 中, 其 量 为 产 品 中 总 镭 量 的 0. 006 ~ 0. 054% 。
关键词: 磷矿; 磷肥; 放射性核素; 工艺 ; 迁移; 防 护措施 中图分类号: TL 71 文献标识码: A 文章编号: 0258 0934( 2010) 12 1641 04
随着人类社会的进步和农业的发展, 磷肥 的需求量越来越大, 导致磷矿开采量也在增大, 从而对环境的破坏和污染程度也在加剧, 尤其 是磷矿中伴有放射性核素, 通过加工制成磷肥 后, 会转移至磷肥以及副产品中, 通过施肥、淋 滤、风化氧化等作用进入环境中, 不仅会导致土 壤环境中放射性元素含量增加, 而且这些放射 性元素会 通过作物的生化作用转移至作物体 内, 再通过食物链转移至生物圈, 甚至被转移到 人体。并且, 从事磷肥生产、运输、仓储和使用 的人员接受的附加剂量都会有所增加。不论是 内照射还是外照射, 当所接受的放射性剂量超 过一定量时, 均会对人体健康造成威胁, 会导致 头昏、脱发、红斑以及白 血球和造血 系统的破 坏, 严重的还会导致癌变 ( 如肺癌、皮肤癌等 ) , 并具有一定的遗传性。
极小, 一般说来它难以参加水化学循环, 而是被
固定在土壤中; 镭的化学性质与钙相似, 较易被
作物吸收; 钾 - 40由于生物的吸收作用强的原
因, 常聚集在有机质含量高的土层中。故可以 说土壤对天然钍和钾 - 40有富集作用, 而铀和
镭在土壤中残留的很少。由于土壤的物理
化学性质和生物的作用, 加上农田灌溉雨雪降 落及人为耕作的结果, 使进入土壤中放射性核 素的一部分转移到其它环境 ( 如空 气环境、水 环境 )和植物 中, 一部分则在土 壤表层中积累 下来, 从而引起土壤中放射性含量增高。 2 3 从土壤到作物的迁移
磷矿石或磷产品中的放射性核素被植物吸 收有二个可能途径, 一个是由植物根系从土壤 中吸收后, 再通过输导组织转移到茎、叶、籽等 部位, 另一个是植物叶子直接吸收沾染在叶上 的磷矿粉或磷肥中的放射性核素。通过对作物 各关键部位放射性含量的测量, 可以计算出各 部位的转移系数 K, 从而得出土壤中放射性核 素在作物中含量高低分布规 律 (由高 到低 )如 下: 根 > 茎 > 子粒; 由 K 值大小可以得出核素 在作物各部位中的 转移大小: K 镭 > K 铀 > K 钍。这是因为镭在元素周期表中属于钙族, 化 学性质与钙相似, 较易被作物吸收并运输到地 上各部位中。介质中有磷酸盐存在时有利于作 物对铀的吸收转移, 其中可能存在协同作用。 另外, 铀、镭、钍和钾 - 40在土壤中迁移活度很 大程度上受土壤性质的影响, 而我国南北方土 壤存在很大的差异, 南方以红壤为主, 铀含量偏 高, 北方则以黑土为主, 富含钾 - 40[ 8] 。
一般情况下, 长期施用放射性不超标的磷 肥, 是不会造成作物和土壤放射性污染的, 但是 不合理施用磷肥, 还是有可能引起邻近施肥区 的河流水质污染, 甚至可能引起当地土壤和作 物放射性含量太大。所以要结合土壤的有机质 含量、PH、钙含量等理化性质, 以及所种植物的 类型, 是须根类植物还是支根类植物, 合理施用 磷肥, 减少磷肥流失而造成放射性污染。 3 5 加强监管力度
参考文献:
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在磷矿被加工成磷肥的过程中, 由于废水 中含有放射性, 故不能直接将其排入河流中, 否 则会导致磷肥厂下游水域放射性污染。故要在 废水排出工厂以前, 对其进行妥善处理。比如 改善磷肥加工工艺, 或者将放射性物质进行回 收。
3 3 加强剂量监测 从磷矿开采厂到磷肥加工厂, 各工段都应
加强定期工作场所剂量监测和个人剂量监测, 以确保工作人员的生命安全。在工作场所设置 良好的通风设施, 以免工作场所内放射性浓度 超标, 造成不必要的损失。此外, 要对工作人员 进行放射性防护知识培训, 严格规范操作要求: 工作时要穿工作服并戴上口罩, 禁止吸烟, 饮水 和进食, 离开工作场所前清洗手及可能被污染 的部位, 对放射性工作人员进行定期的健康检 查, 发现有不适者, 应作妥善安排等。 3 4 合理施用磷肥
酸性条件下, 铀容易被氧化成 U 6+ 发生强烈迁
移,
同时主要以
UO
2+ 2
,
UO2
SO4,
UO 2 F2+
的形式
存在。在该过程中, 铀和磷是一起进入磷肥中,
镭多与磷石膏共沉淀。
2 2 从磷肥到土壤的迁移
铀的六价氧化态是可溶性的, 因此铀极易
通过灌溉水和雨水的淋漓作用而溶解在水中,
磷肥中的铀随着土壤溶液迁移, 又因土壤中有 机质含量较高, 会被土壤吸附一定浓度的铀; 钍 在水中以四价状态存在, T h4+ 的化合物可溶性
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摘要: 由于磷矿中伴有放射性核素, 故在磷 矿开采、加 工、生 产等各 个环节 都将产 生不同 程度的放 射性污染。介绍了不同的磷肥处 理工艺对放射性核素迁移造成的影响, 结果表明采用 湿法处理 磷矿石, 所得的磷产品的放射性含量均较 高; 总结了从磷矿石开采到磷肥生产, 再磷肥施于土壤被植 物吸收等各 个阶段放射性核素的迁移规律, 研究得出起始于磷矿石中的放射性核素迁移的活性与 其自身的 价态、存 在形式以及周围介质的性质有着 密切的关系; 从而针对磷矿开采利用和磷肥生产施用 等环节, 提出切实 可行的防护措施。
各级领导应该增强安全意识, 落实监管力 度。从磷矿开采, 矿区工作环境的安全设置、矿 区的通风 条件、废渣 处理、废水 排放到磷 肥生 产, 磷肥厂各工段的设置、环境剂量率的监测、 废水的排放, 以及磷肥成品中放射性核素含量 的检测, 各级做好监管工作, 切实保障工人的生 命安全, 保证磷肥出厂质量。
射性 核素 及其在土壤和作 物中积 累规律 [ J]. 中国 核科技 报 告, 1990, ( s4): 1- 16.
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